紅外線光譜檢測技術(shù)可以為使用者帶來許多價值，例如食品/藥品的成分，甚至珠寶的真?zhèn)危继硬贿^該技術(shù)的法眼，而且只要短短幾秒就能得知分析結(jié)果。因此，半導(dǎo)體廠非常看好該技術(shù)在手機應(yīng)用上的發(fā)展?jié)摿?，正積極克服技術(shù)與應(yīng)用上的瓶頸。

　　由于光譜檢測可以在不破壞樣品的前提下檢測出待測物的物質(zhì)成分，因此光譜儀一直是許多物質(zhì)分析實驗室必備的基本儀器之一。不過，傳統(tǒng)光譜檢測儀為了盡可能從更大的波長范圍內(nèi)取得物質(zhì)的紅外線波長特征，因此其光機系統(tǒng)設(shè)計相對復(fù)雜，設(shè)備尺寸很難縮小。

　　針對上述問題，德州儀器(TI)已利用其所發(fā)明的數(shù)位光源處理技術(shù)(DLP)大幅改良了光譜儀的光機設(shè)計，讓光譜儀變成可以放在口袋里的小型儀器，成本也大幅降低。另一家類比晶片大廠亞德諾(ADI)則想得更遠，要將光譜檢測功能變成可以被整合到手機等行動裝置里的超小型硬體模組。

??? 亞德諾亞太區(qū)系統(tǒng)應(yīng)用經(jīng)理劉憲杰表示，透過演算法輔助及縮減頻寬，紅外線光譜檢測設(shè)備可以做得非常小巧。

　　跳脫傳統(tǒng)框架　光譜檢測設(shè)備微型化

　　亞德諾亞太區(qū)系統(tǒng)應(yīng)用經(jīng)理劉憲杰(圖1)表示，提到紅外線光譜檢測，業(yè)界總是會聯(lián)想到實驗室里的光譜儀。但如果從光譜檢測技術(shù)的原理與光的物理特性出發(fā)，不要被傳統(tǒng)光譜儀的硬體框架限制住，就能開發(fā)出尺寸更小，可以被整合到手機等可攜式裝置的解決方案。

　　每一種物質(zhì)遇到紅外線時，都會吸收特定波長的紅外線，這是紅外線光譜檢測技術(shù)之所以能用來檢測物質(zhì)成分的基本工作原理。但事實上各種物質(zhì)除了會吸收一種特定波長的紅外線之外，同時也會吸收該特定波長的倍數(shù)波長。換言之，如果用頻域的角度來看，當(dāng)一個物質(zhì)被紅外線照射到時，除了對應(yīng)的主頻會被吸收外，正好位在諧波頻率的紅外線也會被吸收，其概念就像電子訊號的主頻與諧波。

　　因此，如果光譜檢測設(shè)備探測到某種諧波存在，一樣可以確定某種對應(yīng)物質(zhì)存在。這對設(shè)計微型紅外線光譜檢測設(shè)備而言是一大福音，因為這意味著設(shè)備不一定要具備非常寬廣的頻寬，也足以檢測出各種物質(zhì)。這種“窄頻”光譜儀的光機跟感測系統(tǒng)設(shè)計可以大幅簡化，尺寸也明顯縮小。亞德諾與Consumer Physics合作開發(fā)的SCiO紅外線物質(zhì)感測裝置，就是這種窄頻光譜感測裝置。

　　SCiO是一種窄頻紅外線光譜儀，這也是SCiO能夠微型化的關(guān)鍵所在。

　　擺脫專業(yè)判讀限制要靠大數(shù)據(jù)累積

　　雖然硬體尺寸的問題找到解決方向，但感測器資料的判讀仍是一大應(yīng)用瓶頸。在現(xiàn)實生活中，很多物體都不是由純物質(zhì)構(gòu)成。因此，感測器所讀取到的資料波形往往相當(dāng)復(fù)雜，而且隨著紅外線照射部位不同，即便是同一個待測物，測出的數(shù)值也會有所變化。此外，如果是用來量測農(nóng)產(chǎn)品，個別待測物之間的數(shù)值也會有不小的改變。這些變數(shù)都會增加數(shù)據(jù)判讀的難度。

　　在實驗室里，經(jīng)過訓(xùn)練的專業(yè)人員可以解讀這些原始數(shù)據(jù)背后所代表的意義，但如果是鎖定消費市場的光譜鑒測應(yīng)用，應(yīng)用開發(fā)商就必須要設(shè)法克服數(shù)據(jù)判讀的問題。對此，Consumer Physics選擇利用大數(shù)據(jù)(Big Data)分析搭配機器學(xué)習(xí)(Machine Learning)的方式來解決，透過銷售SCiO并提供手機App給開發(fā)者社群，累積各式各樣物件的大量光譜資料，從中尋找出數(shù)據(jù)變化的規(guī)律。

　　劉憲杰表示，隨著SCiO累積的資料筆數(shù)越來越多，SCiO對物質(zhì)成分的分析將更加精準，也更具參考價值。另一方面，亞德諾也會為這個資料庫做出貢獻，例如在寶石鑒定方面，亞德諾已開始與專業(yè)寶石鑒定師合作，借用其所擁有的寶石樣本以及過去長年累積下來的光譜分析資料做交叉比對，擴大寶石類的資料庫。

　　不過，SCiO不會跟專業(yè)鑒定產(chǎn)生競爭，因為SCiO的目的是讓消費者在逛玉石市場時，可以很簡單地判斷寶石或玉的真假，至于專業(yè)寶石鑒定會更進一步分析寶石或玉的成分組成比例、成色等，判斷其品質(zhì)等級。

　　五大應(yīng)用領(lǐng)域App將于年底前推出

　　SCiO于2016年初在國際消費性電子展(CES)上正式發(fā)表后，吸引許多關(guān)注跟肯定，開發(fā)社群也在持續(xù)擴增其掃描資料庫，讓SCiO能對使用者的日常生活產(chǎn)生幫助。到2016年底前，Consumer Physics與亞德諾將會陸續(xù)針對五大應(yīng)用領(lǐng)域推出對應(yīng)的App服務(wù)，分別是營養(yǎng)/體重管理、產(chǎn)品挑選、化妝美容、體適能與嬰幼兒健康(圖3)。

　　SCiO的五大類消費型應(yīng)用將在2016年底前陸續(xù)推出

　　營養(yǎng)與體重管理是SCiO主打的第一個功能，透過光譜檢測，可讓消費者清楚知道自己吃下肚子的食物到底含有哪些營養(yǎng)成分，含有多少熱量。

　　雖然目前許多國家對食品標(biāo)示立有規(guī)范，必須向消費者揭露營養(yǎng)成分、熱量等資訊，但產(chǎn)品包裝上所記載的資料，跟實際狀況往往有誤差。即便是經(jīng)過制程管控的加工食品，法令都允許正負20%誤差，天然蔬菜水果的營養(yǎng)成分跟熱量變化范圍更大。如果消費者想得到具參考價值的數(shù)據(jù)，還是得自己動手量。

　　產(chǎn)品挑選功能則是第一個功能的延伸，主要是針對天然蔬果。比如去超市買水果，在沒有SCiO的幫助下，消費者只能靠經(jīng)驗法則挑選，但如果用SCiO掃描，就可以知道眼前的蔬菜水果含糖量多少。

　　化妝美容功能則是用SCiO來檢測皮膚含水量、皮膚年齡、油水平衡度等。這部分除了檢測之外，App還會提供一些改善建議，例如生活作息該如何調(diào)整、化妝保養(yǎng)品要怎么挑選。

　　運動與體適能則是用紅外線掃描來檢測使用者到底透過運動消耗了多少熱量、血氧量狀況、心跳等生理數(shù)據(jù)。嬰幼兒健康則是這項功能的延伸，可以量測到小朋友的身體核心溫度、身體含水量。牛奶等嬰幼兒食品的成分分析功能也歸屬于這個領(lǐng)域，因為以紅外線量測液態(tài)物質(zhì)時，其準確度會受到液面反射等因素影響，因此相關(guān)演算法還需要微調(diào)。

　　進軍手機應(yīng)用　內(nèi)建/外掛模組兩路并進

　　雖然目前SCiO的尺寸已經(jīng)非常小，但距離適合整合到手機里的尺寸還有一小段差距。劉憲杰透露，亞德諾的下一代紅外線光譜檢測硬體解決方案已經(jīng)大致開發(fā)完成，該方案的外觀尺寸跟目前手機上的相機模組相當(dāng)，現(xiàn)在已有工程樣品可以提供(圖4)。接下來，亞德諾將會積極與亞太區(qū)的重要手機原始設(shè)備制造商(OEM)接洽，希望藉由紅外線光譜分析這項功能，為智慧型手機帶來更多硬體設(shè)計上的差異化。

新一代紅外線光譜掃描模組已經(jīng)開發(fā)完成，將鎖定手機應(yīng)用市場

　　除了內(nèi)建之外，外掛模組也是亞德諾正在思考的發(fā)展方向。該公司目前正在與其他主要晶片供應(yīng)商合作開發(fā)完整的硬體晶片組參考設(shè)計與對應(yīng)的軟體驅(qū)動程式。